竣工後はカリブ海、ペルー沖や太平洋で訓練にあたった。開戦時、ペンサコーラは南太平洋で警戒任務に従事し、ソルトレイクシティは航空機の輸送を行った空母エンタープライズの護衛中で、真珠湾攻撃が通報されると捜索に協力したが発見することはできなかった。その後、ペンサコーラは南太平洋海戦に参加した後、ルンガ沖夜戦で日本海軍の攻撃で大破し、行動不能に陥ったが沈没は逃れ、島に寄り添って隠蔽された。修理の後、1943年11月には戦線復帰し、ギルバート諸島攻略に参加。ソルトレイクシティは東京空襲で空母ホーネット、補給船団護衛中の空母ワスプの護衛など緒戦は空母機動部隊の護衛に従事した後、サボ島沖海戦、アッツ島沖海戦などに参加し、アメリカ海軍水上戦闘（打撃）部隊の一員として重要な役割を担った。その後は両艦ともにレイテ沖海戦、硫黄島攻略、沖縄戦などに参加し、終戦後の1946年7月、原爆実験の標的として使用され、損傷した。ペンサコーラは1948年11月に処分され、ソルトレイクシティは同年の1948年5月に標的として使用、沈没した。ペンサコーラは東京ローズから「グレイゴースト（灰色の幽霊）」と呼ばれた。
本級の機関は高温蒸気を使用するホワイト＝フォスター式重油専焼水管缶を8基とパーソンズ式ギヤード・タービン4基4軸推進で最大出力107,000馬力、速力32.5ノットを公試で発揮した。本級の機関配置は前述の通りシフト配置方式で艦首からボイラー2基ずつ収める第1缶室と第2缶室の背後にタービン機関2基を収める第1機械室、水密隔壁を挟んで第3缶室と第4缶室の背後に第2機械室の順番で配置した。本級はオマハ級より継承されたシフト配置により前述の脆弱な水中防御を機関配置で補っていた。
本級の防御力は同世代の英仏の重巡洋艦よりも強固であった。舷側の水線部装甲は英仏の重巡洋艦が25～30mm程度であったのに対し本級は64mm装甲を持ち、これを上下幅4mの範囲に装着し水面から高さ2m・水中に2mの範囲を防御できた。しかし、甲板防御は25mmで英仏と同等の厚さである。特筆すべきは弾薬庫防御で主装甲とは別個で舷側102mm、上面38mmの装甲で弾薬庫を覆い防御していた。対水雷防御は弾薬庫の側面部のみ1層の燃料層で防御しているのみで、区画細分化や浸水対策は不充分であった。
高角砲は「12.7cm（25口径）高角砲」を採用した。この砲は24.43kgの砲弾を最大仰角85度で高度8,352m、対艦用として仰角45度で13,259mまで届かせる性能があった。旋回と俯仰は電動と人力で行われ、左右方向に150度旋回でき、俯仰は仰角85度・俯角15度で発射速度は毎分15～20発だった。これを単装砲架で4基搭載した。他に主砲では対抗不能な相手への対処として53.3cm水上3連装魚雷発射管が片舷1基ずつ計2基装備された。後に、対空兵装の強化により12.7cm高角砲は倍の8基8門に加え、40mm（60口径）機関砲4連装4基に20mm（70口径）機銃20丁、12.7mm機銃8丁が追加されたが、これの代償として魚雷兵装は撤去された。
主砲は新設計の「Marks 9 20.3cm（55口径）砲」を採用している。性能は重量97.5 kgの砲弾を最大仰角41度で29,130mまで届かせることが出来た。俯仰能力は仰角41度・俯角10度で、旋回角度は船体首尾線方向を0度として左右150度の旋回角度を持つ。発射速度は毎分3～4発である。同世代の重巡洋艦が主砲門数が8門であったのに対し、本級は10門と言う強力な火力を有していたが、前述の動揺性にも凌波性にも劣る船体のために主砲散布界は広く、せっかくの10門という火力を有効に使えたとは言いがたいものであった。
日本プロレスを離脱したジャイアント馬場が1972年に旗揚げした全日本プロレスに、旗揚げと共に参加。以降、馬場の試合に欠かせないレフェリーとして一躍有名になる。スキンヘッドと青のコスチュームがトレードマークで、日本人のNWAオフィシャルレフェリーの代表・大御所的存在でもあった。1974年6月14日には、アメリカセントルイスのキール・オーディトリアムにて行われたジャック・ブリスコ VSドリー・ファンク・ジュニアのNWA世界ヘビー級選手権試合を裁き、日本人で初めてキール・オーディトリアムで行われた試合を裁いたレフェリーとなった。それまでのレフェリーのイメージはどちらかと言えば地味であったが、よく足を使い、試合がストップした状態でも観客を飽きさせないそのレフェリングは、後の和田京平や西永秀一らにも大きな影響を与えている。試合がグラウンド状態になった際に叫ぶ言葉「ワッチャギブアップ（Watch out give-up）」も、実は観客を飽きさせないための工夫であった。また試合中に選手の乱闘に巻き込まれて失神したり、悪役レスラーの反則に気付かないのもお馴染みであった。とりわけ1980年代前半には、乱闘に巻き込まれて樋口が失神し決着になだれこむ「ジョー樋口失神ギミック」がビッグマッチを中心に多発した。この時期に馬場から「ジョーさん、現役の頃よりいい受け身取っているんじゃない」と言われたことがあるという。このギミックは1980年代後半からあまり見られなくなり、樋口の体力が衰える反面で試合のテンポが速くなった四天王プロレスの時代には、樋口が試合に巻き込まれて失神することはほとんどなかった。レフェリングは厳格であり、2003年の力道山追悼興行で特別レフェリーを務めた際には、カウントしないことがほぼ不文律となっている小橋建太のマシンガンチョップに対して反則カウントを取った。カウントが遅いこともよく取り沙汰された（ダグ・ファーナスが試合中に指摘したこともある）が、ストップウォッチでジョーのカウントを計測したところ、実時間の3秒とほぼ一致していたという話もある。1990年代には、この頃から高齢のためチーフレフェリーの座を和田に譲る。1997年3月1日に日本武道館で挙行された三冠ヘビー級選手権試合（三沢光晴 vs. スティーブ・ウィリアムス戦）を最後にレフェリーを引退、外国人係に専念することになる。